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Diferencias entre las células madre adultas y las células madre mesenquimales derivadas de gelatina de Wharton

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La superioridad de WJ-MSC (por su siglas en inglés o Células madre mesenquimales derivadas de gelatina de Wharton) se basa no solo en las limitaciones de MSC adultas, sino también en su propia capacidad.

Contar con 5 millones de nacimientos anuales en la UE y 131 millones a nivel global brindan una oportunidad única para recolectar cordón umbilical (UC), aislar células madre mesenquimales y criopreservados para su aplicación alogénica o autóloga tan pronto como surja la necesidad.
La disponibilidad ilimitada de la fuente de tejido no es la única ventaja de WJ-MSC.

a). La eficiencia de aislamiento: El número sí importa.

La mayoría de las aplicaciones clínicas de MSC requieren de un gran número de células para el trasplante. Por lo tanto, la abundancia, facilidad de aislamiento y potencial proliferativo pueden ser factores decisivos al elegir una fuente de MSC.

El número de células madre mesenquimales que pueden obtenerse de la médula ósea es muy limitado. Únicamente se notificaron 0,001 a 0,01% de células mononucleares, mientras que 1 g de tejido adiposo produce aproximadamente 5 × 103 células madre, el cual es 500 veces mayor que en la médula ósea La eficiencia de aislamiento de la gelatina de Wharton es alta y varía de 1 a 5. × 104 células / cm de cordón umbilical. La comparación lado a lado del MSC del tejido adiposo, de la médula ósea y la gelatina de Wharton demostró que el WJ-MSC tiene la mayor capacidad proliferativa entre los tipos de células analizados.

El MSC del cordón umbilical puede aislarse mediante digestión enzimática o mediante cultivo de explantes de trozos de 1 a 3 mm de la CU. Sin embargo, en el método de cultivo de explantes p0 se obtuvieron 2,8 veces más células por gramo de UC que la digestión enzimática.Vale destacar que para la producción de MSC a gran escala es el hecho de que el tiempo de duplicación de la población de WJ-MSC aislado por método enzimático es significativamente más largo. Además, la digestión enzimática puede inducir daño celular, ya que el MSC aislado por el método de explante demostró una mayor viabilidad. Otra ventaja del método de explante es la liberación de factores de crecimiento de las piezas de tejido durante el cultivo in vitro. Se reportaron grandes cantidades de diferentes factores de crecimiento en la gelatina de Wharton. Entre ellos, el bFGF es digno de destacarse, ya que regula la auto renovación y afecta positivamente la diferenciación osteogénica y condrogénica de MSC mientras que se agrega al medio de crecimiento.

Para aumentar aún más la eficiencia de aislamiento y cultivo, se propusieron varias modificaciones de los métodos de cultivo de explantes y dispositivos dedicados .Curiosamente, un dispositivo diseñado para el cultivo de explantes repetidos al mismo tiempo impidió la flotación de las piezas de gelatina de Wharton.

Mediante la transferencia secuencial de un dispositivo con fragmentos de tejido ensartado en los anillos de acero, los investigadores informaron un número de células 15-20 veces mayor derivado de este método. Sin embargo, el método mencionado anteriormente parece requerir mucho trabajo, especialmente en la producción rápida y en gran escala de WJ-MSC.

Otro enfoque, propuesto por otros para optimizar el método de aislamiento de MSC, se basa en el aislamiento de WJ-MSC de piezas grandes o de toda la pieza de cordón. La única preocupación planteada por este método es la posible heterogeneidad de las células derivadas. Sin embargo, no se observaron diferencias en la expresión del antígeno de la superficie celular, el tiempo de duplicación de la población o el patrón de diferenciación adipogénica, osteogénica y condrogénica Por lo tanto, los métodos de cultivo de explantes de gelatina de Wharton solamente o todo el cordón umbilical son dignos de consideración para el aislamiento de WJ-MSC en cuanto a mano de obra, tiempo y costo para fines clínicos.

b) Propiedades de WJ-MSC crucial para la aplicación clínica.

El análisis fenotípico llevado a cabo por muchos grupos demostró que WJ-MSC cumple con los criterios mínimos establecidos para MSC por la Sociedad Internacional de Terapia Celular. WJ-MSC expresa marcadores mesenquimales como CD73, CD90 y CD105 y son negativos para los marcadores endoteliales, CD31 y hematopoyéticos, CD45, CD34, [13, 60, 61]. Lo que distingue a WJ-MSC como únicos y útiles para aplicaciones terapéuticas de MSC adultas son sus características más primitivas. Ya es bien sabido que WJ-MSC muestra varias características de las células madre embrionarias (ESC, por sus siglas en inglés), especialmente con respecto a la expresión de marcadores de células madre similares a ESC y un amplio espectro de diferenciación más allá del origen mesodérmico.

La expresión de genes de pluripotencia, Nanog y SOX-2, fueron reportados aunque mucho más bajo que en ESC  La expresión modesta de los genes de pluripotencia podría explicar por qué los WJ-MSC no son tumorigénicos (no forman teratomas) como se ha demostrado en numerosos estudios preclínicos en animales inmunocompetentes e inmunodeficientes. Además, como lo demostró recientemente el análisis exhaustivo de WJ-MSC y el transcriptoma ESC, el alto nivel de expresión de varios genes supresores de tumores puede explicar la falta de inducción en vivo de teratoma. El mismo mecanismo podría ser uno de los muchos responsables de la atenuación del crecimiento del tumor por WJ-MSC. Asimismo, WJ-MSC secreta grandes cantidades de diversas citoquinas y factores de crecimiento que dan como resultado células cancerosas in vitro y tumor de Inhibición del crecimiento in vivo Los lisados celulares WJ-MSC o el medio condicionado inhiben el crecimiento del adenocarcinoma de mama, carcinoma de ovario, osteosarcoma , células queloides neoplásicas benignas , tumor de vejiga , o células de linfoma in vitro. De forma similar, los lisados celulares administrados por vía intratumoral y el medio condicionado por WJ-MSC inhibieron el carcinoma mamario, el osteosarcoma y el crecimiento de tumores de pulmón y páncreas, y dieron como resultado tamaños y pesos tumorales disminuidos in vivo.

Se demostró que el efecto antitumoral de WJ-MSC se lograba a través de múltiples mecanismos. Se demostraron las propiedades anti proliferativas mediante conteo celular, MTT, BrdU WJ-MSC o  ensayos de incorporación de timidina, reguladores del ciclo celular y análisis de citometría de flujo. En las células tumorales de pulmón o vejiga, la progresión del ciclo celular se bloqueó en la fase G0 / G1 y dio como resultado la regulación baja de ciclina A2 y su quinasa asociada, cdk2, regulación baja de Akt y regulación al alza de la fosforilación del supresor de tumores p53, así como las quinasas dependientes de la ciclina inhibidor, nivel de proteína p21. En las células de cáncer de mama, se inhibió la síntesis de ADN y se observó la detención de células en la fase G2 del ciclo celular.

Mediante la regulación de caspasa 3/9 escindida en células cancerosas, WJ-MSC se encontraban ejecutando su efecto proapoptótico. De forma consistente, el aumento en la muerte de células tumorales provocada por WJ-MSC se debió a un efecto inhibitorio sobre los “genes de supervivencia” del cáncer, como Bcl-2, Bcl-xL, Survivin, Mcl-1 y cIAP-1. También se indicó la autofagia como uno de los mecanismos responsables del efecto anticancerígeno de WJ-MSC. La regulación al alza de los genes BAX, ATG5, ATG7 y BECLIN-1 relacionados con la autofagia se observó en el osteosarcoma [68] y células queloides después del tratamiento con medio o lisados acondicionados con WJ-MSC.

Sin embargo, debemos tomar precauciones de gran alcance y un entusiasmo moderado en la implementación de WJ-MSC como terapia contra el cáncer, ya que los informes de tumores apoyan la función que se publicó recientemente en relación con el carcinoma esofágico y el cáncer renal.


c)  Estado Inmunoprivilegiado de WJ-MSC.

La capacidad de modular respuestas inmunológicas clasifica a las WJ-MSC como un tipo importante de células madre compatibles para aplicaciones terapéuticas en entornos alogénicos. Los mecanismos de privilegio inmune todavía se encuentran bajo investigación; sin embargo, el bajo nivel de MHC-I y la ausencia de expresión de MHC-II los protegen de la lisis mediada por NK. A pesar de que sintetizan, aunque de manera baja, cantidades de MHC de clase I, las WJ-MSC no demuestran inmunogenicidad.

Lo anterior se puede atribuir a la falta de moléculas coestimuladoras CD 40, CD80, expresión de CD86 y altos niveles de inhibidores de la respuesta inmune: indoleamina, 2,3 dioxigenasa (IDO) y prostaglandina E2 (PGE2). De particular importancia cabe destacar el hecho de que WJ-MSC exprese altos niveles de antígeno leucocítico G6 (HLA-G6), el mismo que es producido por el trofoblasto y protege al embrión de la destrucción basada en el sistema inmunitario. En particular, en una configuración de células inmunes alogénicas no desafiante, la inmuno inyección de WJ-MSC parece no representar una amenaza y puede que no sea necesario el emparejamiento de HLA antes del trasplante de MSC. Por lo tanto, no se requiere de la administración de fármacos inmunosupresores, lo cual protege al paciente contra sus efectos secundarios. Además de los mecanismos descritos anteriormente, el inmunoprivilegio de WJ-MSC depende de las funciones inmunosupresoras mediadas por la riqueza de los factores paracrinos, así como del contacto de célula-célula (revisado en detalle en Jyothi Prasanna y Jahnavi [84] y Ma et al.  [85]).

La pregunta continúa siendo si se mantiene el inmunoprivilegio de WJ-MSC alogénico tras la diferenciación. Si bien el uso de MSC alogénico en la clínica se considera seguro, se publican informes de supervivencia limitada y de injertos de MSC a largo plazo en dicho entorno. Por ejemplo, se mostró una mayor inmunogenicidad de BMCS en la diferenciación endotelial y miogénica [86]. Un cambio en la expresión de los antígenos inmunes MHC-I y MHC-II hizo que BMSC fuera susceptible de rechazo inmune en un modelo de rata con infarto de miocardio. En otro caso, cuando se implantó el compuesto de hidroxiapatita y BMSC alogénico, ninguno de los aloinjertos sobrevivió o mostró diferenciación osteogénica. El tratamiento con inmunosupresor FK506 previno el rechazo y estimuló la diferenciación osteogénica BMSC alogénica in vivo  [87].

No se han reportado resultados tan desalentadores para WJ-MSC. Los resultados publicados hasta ahora demostraron que la diferenciación condrogénica de WJ-MSC humana no cambió el nivel de expresión de los genes mencionados anteriormente, salvo por un aumento leve en el nivel de MHC de clase I. No se expresaron factores coestimulantes y no pudieron activar linfocitos T. Además, se detectaron altos niveles de inhibidores potentes de la respuesta inmune (IDO, HLA-G y PGE2) en WJ-MSC diferenciados [88]. El análisis in vivo de WJ-MSC de cerdo inyectado en cerebro de rata dañado reveló un injerto, proliferación y diferenciación exitosos en células neuronales positivas a la tirosina hidroxilasa sin necesidad de supresión inmunitaria [89].

Hasta ahora, parece que el estado de inmunoprivilegio es estable en WJ-MSC tras la diferenciación multidireccional. Se requieren estudios adicionales para demostrar el estado de inmunoprividencia sostenida de WJ-MSC en la diferenciación, el cual puede depender de la especie o del factor estimulante.

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